吸附法净化气态污染物

吸附剂类型
堆积密度 /kg·m-3
热
容
/kJ(kg·K)-1
操作温度上 限/K
平均孔径/Å
活性炭
200～600
0.836～ 1.254 423
15～25
活性氧化 铝
750～ 1000 0.836～ 1.045 773
18～48
硅胶 800 0.92 673 22
沸石分子筛
4A
5A
13x
800
800
800
吸附法净化气态污染物
吸附方程式
• 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）
XT
ABP 1 BP
P 1 P V BVm Vm
V－被吸附气体在标态下的体积 P－吸附质在气相中的平衡分压 Vm－吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积 B－吸附与解析速率常数之比
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吸附方程式
• 非极性吸附剂，具有疏水性和亲有机物的性质，它能吸附绝大 部分有机气体，如苯类、醛酮类、醇类、烃类等以及恶臭物质 ，同时由于活性炭的孔径范围宽，即使对一些极性吸附质和一 些特大分子的有机物质，仍然表现出了它的优良的吸附能力， 如在SO2、NOx、Cl2、H2S、CO2等有害气体治理中，有着广泛 的用途。
• 朗格缪尔（Langmuir）方程（I型等温线）
XT
ABP 1 BP
P 1 P V BVm Vm
V－被吸附气体在标态下的体积 P－吸附质在气相中的平衡分压 Vm－吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积 B－吸附与解析速率常数之比
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吸附方程式
• BET方程（I、II、III型等温线，多分子层吸附）
• 同一污染物可能在较低温度下发生 物理吸附
• 若温度升高到吸附剂具备足够高的 活化能时，发生化学吸附
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吸附平衡
• 当吸附速度＝脱附速度时，吸附平衡，此时吸 附量达到极限值
• 极限吸附量受气体压力和温度的影响 • 吸附等温线
NH3在活性炭上的吸附等温线
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吸 附 等 温 线
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物理吸附和化学吸附
• 吸附热：化学吸附的吸附热与化学反应热相近，而物理吸附的 吸附热与气体的液化热相近。吸附热是区别物理吸附和化学吸 附的重要标志之一。
• 选择性：化学吸附具有较高的选择性。例如，钨和镍可以化学 吸附氢，而氢则不能被铝或铜所化学吸附。物理吸附则没有多 大选择性，其吸附量的多少取决于气体的物理性能及吸附剂的 特性。
吸附法净化气态污染物
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气体吸附
• 吸附 – 由于固体表面上的分子力处于不平衡或不饱和Fra Baidu bibliotek态，这种不 饱和的结果使固体能够把与其接触的气体或液体溶质吸引到 自己的表面上，从而使其残余力得到平衡。这种在固体表面 进行物质浓缩的现象，称为吸附。工业上的吸附操作就是利 用固体表面的这种特性，用多孔固体吸附剂将气体（或液体 ）混合物中的组分浓集于固体表面 – 吸附质－被吸附物质 – 吸附剂－附着吸附质的物质
XA)
1 1 m; 1 1 1
K yP k yP kxP KxP kxP k yPm
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吸附剂
• 吸附剂需具备的特性
– 内表面积大 – 具有选择性吸附作用 – 高机械强度、化学和热稳定性 – 吸附容量大 – 来源广泛，造价低廉 – 良好的再生性能
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常用吸附剂特性
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常用吸附剂特性
• 活性炭纤维：是一种新型的高性能活性炭吸附材料，它是利用超 细纤维如粘胶丝、酚醛纤维或晴纶纤维等制成毡状、绳状、布状 等，经高温（1200K以上）炭化，用水蒸汽活化后制成的。
• 活性炭纤维的表面积大，有的可高达2500 m2/g，密度小，微孔多 而均匀，吸附容量大；同时，由于活性炭纤维的微孔孔道特别短 ，吸附和脱附速率高，吸附速率是颗粒活性炭的10~100倍；脱附 残留量少，使用寿命长。
吸附速率
• 吸附过程
➢ 外扩散（气流主体 外表面） ➢ 内扩散（外表面 内表面） ➢ 吸附
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吸附速率
• 外扩散速率
• 内扩散速率 dMA dt
K yP (YA
YA*)
• 总吸附速率方程 dMA dt
K
x P
(
X
* A
XA)
dM A dt
K yP (YA
YA*)
K
x
P
(
X
* A
• 优点：效率高、可回收、设备简单 • 缺点：吸附容量小、设备体积大
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吸附机理
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物理吸附和化学吸附
物理吸附
1.吸附力－范德华力； 2.不发生化学反应； 3.过程快，瞬间达到平 衡； 4.放热反应； 5.吸附可逆；
化学吸附
1.吸附力－化学键力； 2.发生化学反应； 3.过程慢； 4.升高温度有助于提高 速率； 5.吸附不可逆；
0.794
0.794
——
873
873
873
4
5
13
再生温度 /K
比表面积 / ㎡·g-1
373～413
600～ 1600
473～523 210～360
393～ 423
600
473～573 ——
473～573 ——
473～573 ——
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常用吸附剂特性
• 活性炭：是许多具有吸附性能的碳基物质的总称。活性炭的原 料是几乎所有的含碳物质。如煤、木材、骨头、果核、坚硬的 果壳（如椰壳、核桃壳等），以及废纸浆、废树脂等，将这些 含碳物质在低于878K下进行炭化，再用水蒸汽或热空气进行活 化处理。比表面积一般可达700～1000m2／g，具有优良和广泛 的吸附能力。
V
VmCP
(P0 P)[1 (C 1)P / P0]
P 1 (C 1)P V (P0 P) VmC VmCP0
V－被吸附气体在标态下的体积 P－吸附质在气相中的平衡分压 P0－吸附温度下吸附质的饱和蒸汽压 Vm－吸附剂被覆盖满一层时吸附气体在标态下的体积 C－与吸附热有关的常数
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• 吸附层厚度。化学吸附总是单分子层或单原子层的，且不易解 吸。物理吸附可以是单分子层，也可以是多分子层的。解吸也 容易；低压时，一般为单分子层的，随着吸附压强增大，吸附 层往往变成多分子层。
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物理吸附和化学吸附
• 温度的影响：化学吸附可以看成是 一个表面过程，这类吸附往往需要 一定的活化能，它的吸附与脱附速 度都较小。温度升高时，化学吸附 速率和脱附速率都显著增加。而物 理吸附不是一个活化过程，不需要 活化能（即使需要也很少）。此类 吸附的吸附速率和脱附速率都很快 ，一般不受温度的影响。它的吸附 量随温度升高而下降。